解开干细胞关键性问题的“两面”蛋白

　　

生物通报道：瑞士实验癌症研究所（Institute for Experimental Cancer Research ，ISREC）研究人员发现，胚胎发育过程中的一个基因会参与两个看起来相当矛盾的事件：维持转移到母亲子宫中的胚胎干细胞的稳定性，晚些时候当时机成熟了会以相同的方式提供信号指导干细胞分化。

 

表面上看起来完全相同的少量干细胞发育成为胚胎，是一个令人敬畏的自然过程。这些干细胞沐浴在同一个化学环境里自我复制，根据化学成分的改变而灵敏地位移，并且保证一致性。生物界一直存在的一个重量级问题是：在发育一开始的时候是什么机制使所有的干细胞保持同一性的？为什么沐浴在同样的化学环境里最终的发育命运却各不相同？弄清胚胎发育过程中神秘的细胞信号途径，有助于研究体外条件下干细胞向特异组织转化，有助于研究怎样矫正偏离正常轨道的化学信号途径，抑制干细胞向癌细胞转化。

 

已有研究证实：发育过程中的胚胎所处的化学环境中存在一种叫做Nodal的蛋白。Nodal蛋白是有力的总指挥，控制全部的重要调节基因的活性。ISREC研究小组此次研究发现胚胎接触到子宫壁后的发育事件仍然离不开Nodal蛋白。扩大干细胞库，指导单个细胞依据相邻细胞进行迁移，这些都与Nodal蛋白有关。然而，为了完成这些任务，Nodal蛋白需要经过特异的酶降解。这种酶如同调节开关，刺激Nodal干细胞分裂，抑制Nodal干细胞过早分化。在以小鼠为研究对象的实验中，ISREC研制出一种Nodal突变体，发现假如这种开关被阻断，Nodal就会发挥相反的作用：激活细胞分化有关的级联信号途径。

 

当胚胎发育到临界状态时，降解的和未降解的Nodal蛋白是怎样共同作用“告诉”干细胞的发育去向的？9月《Developmental Cell》一篇文章中，ISREC研究人员对上述机制进行了解释。实验负责人Daniel Constam说：“化学‘程序’的所有部分都以级联形式被激活的同时，Nodal维持一定浓度梯度。”不同的细胞根据其接触Nodal信号时间长短的不同而做出不同的反应。

 

侵略性癌细胞与胚胎干细胞类似，发育方向都是不确定的。Constam及其同事认为肿瘤细胞迁移和浸润所利用的信号途径应该与胚胎发育成为有机体的信号途径相似。最近美国西北大学发现侵略性黑素瘤细胞分泌Nodal蛋白从而证实了这些推测。弄清胚胎发育过程中Nodal基因的活性，有助于寻找控制肿瘤生长的途径。Constam说：“我们分析Nodal蛋白各个方面的功能，因为胚胎中包含解决这个问题的金钥匙。”（生物通记者 小粥）